Chapitre I Matériel et Méthodes
I. 4 Carte microfluidique et réservoirs hyperélastiques
L’intégration de matériaux hyperélastiques dans une carte micro- fluidique apporte de nouvelle possibilité en termes de fonctions, d’empilement technologique et de packaging. Le système développé au cours de ce travail intègre une membrane hyperélastique dans une carte en COC.
I.4.a - Le COC
Le COC (cyclic olefin copolymer) est un polymère amorphe utili- sé dans de nombreux domaines tels que l’optique ou les dispositifs médi- caux. Celui-ci possède de bonnes propriétés optiques (faible autofluores- cence et bonne transparence dans le domaine visible) [38][39] et physico- chimiques (large gamme de température de transition vitreuse disponible,
bonne résistance aux acides et aux bases) [40][41] (voir Annexe 4). Il est compatible avec de nombreuses méthodes de mise en forme [42] et est agréé par la FDA (Food and Drug Administration), ce qui est un avantage certain pour la mise au point d’applications biomédicales. Dans cette étude il est utilisé pour développer des composants microfluidiques d’analyse sur puce. Ses avantages dans ce domaine d’application sont une haute résis- tance aux solvants, sa transparence optique et sa facilité de mise en forme [43].
I.4.b - Assemblage des cartes microfluidiques
Design, usinage et assemblage des cartes en COC
Les différentes cartes développées et testées dans ce travail ont été dessinées à l’aide du logiciel Solidworks. Ces dessins 3D ont permis d’usiner des plaques de COC au format carte de crédit (86 mm de longueur et 56 mm de largeur) à l’aide d’une fraiseuse (Charly4U). Suivant l’architecture finale des cartes microfluidiques certaines cartes en COC ont été assemblées entre elles. Pour cela les cartes ont été alignées, mises en contact puis mises en compression à l’aide d’une presse. Celle-ci a été pla- cée dans un four à 127°C durant 80 min afin que les cartes en contact se collent l’une à l’autre. Cette adhésion est liée à l’action combinée de la pression et de la température qui favorisent l’enchevêtrement des chaines de polymère à l’interface et la fusion des deux matériaux. Le refroidisse- ment des cartes achève leur scellement.
Intégration d’une membrane en Ecoflex
Une membrane hyperélastique est fabriquée en suivant le même processus que celui décrit dans la partie I.2.b - de ce chapitre. Une fois ré- ticulée la membrane est assemblée aux cartes en COC par plasma oxygène comme pour l’assemblage Ecoflex-Ecoflex décrit dans la partie I.3.b - .
I.4.c - Banc de caractérisation
Le banc de test permettant de caractériser les cartes microflui- diques doit fournir l’alimentation en fluide et en pression nécessaire au fonctionnement de celles-ci. Il doit également permettre d’observer la carte au cours de son utilisation et de quantifier certaines grandeurs telles que le débit d’un fluide, la déformation de la membrane hyperélastique ou une pression. Ce banc de test est composé d’un support pour la carte microflui-
dique, de tous les éléments permettant le fonctionnement de la carte et d’une caméra pour la visualisation.
Le support de carte : système Flowpad
Le système Flowpad est un support pour carte plastique du type carte de crédit développé par le CEA. Il est utilisé comme support standard dans la majorité des développements du laboratoire. Il apporte facilement toute la connectique fluidique et pneumatique nécessaire au fonctionnement d’une carte microfluidique. Il se compose d’une partie fixe qui maintient la carte en place et d’une partie amovible qui comporte les connexions flui- diques et pneumatiques. Cette partie serre la carte sur son support à l’aide de vis et garantit l’étanchéité des connexions. Une photo de ce support est présentée en Figure I-11.
Générateur de pression
Un générateur de pression MFCS de Fluigent est utilisé pour four- nir la pression nécessaire au fonctionnement de la carte microfluidique. Il peut également servir à mettre un fluide en mouvement. Ce générateur est capable de délivrer une pression comprise entre 0 et 1 bar avec une préci- sion de 2.5%.
Electrovannes
La pression générée par le MFCS de Fluigent sert notamment à pi- loter des vannes pneumatiques. Afin de pouvoir ouvrir ou fermer ces vannes une électrovanne à étranglement (NResearch Inc.) est positionnée entre le MFCS et la carte microfluidique. Cette électrovanne bistable per- met de choisir entre la pression générée (ce qui correspond à la fermeture de la vanne pneumatique) et la pression atmosphérique (la vanne pneuma-
Figure I-11 : Photo du support de carte microfluidique Flowpad avec une carte connectée dessus. Les connectiques fluidiques et pneumatiques sont positionnées à droite de la carte.
tique est ouverte). Ces électrovannes sont pilotées via une carte d’acquisition NI USB6009 (National Instruments).
Caméra µEye
La visualisation du fonctionnement de la carte est réalisée à l’aide d’une caméra USB µ Eye pilotable à partir d’un ordinateur. Cette caméra fournit des images en direct qui peuvent être analysée afin de réaliser des mesures optiques.
I.4.d - Conclusion
Ce banc de caractérisation peut être piloté directement depuis un ordinateur. Pour cela différents programmes Labview ont été développés et ont permis de caractériser les cartes microfluidiques développées dans ce travail. Ces programmes, les protocoles de caractérisation et les résultats sont présentés dans le Chapitre IV -.
Figure I-12 : Photo des électrovannes et de la carte d’acquisition NI USB6009.
Figure I-13 : Photographie du banc de test avec la caméra positionnée pour filmer le profil de la carte mi- crofluidique.